破坏了这个国家的首都和使它的核心成为一滩废墟的墨西哥城大地震一年后,地震学家们开始揭开了围绕这一事件的几个恼人的秘密。这些科学家们说,最终,他们的研究可能修正他们对地震破坏城市的方式的理解。
这次墨西哥地震是从太平洋底爆发,通过几条山脉和穿越250哩后才带着被减弱的力量冲击首都,造成这个城市几千座建筑倒塌,一万多人丧生。自从近代有记录以来,历次的地震波从来还没有从如此之远的距离造成这么大的破坏过。
与此相反,一些离震中近得多的海岸城市却仅受到一般程度的破坏。最接近爆发点的一个小城市拉扎罗 · 卡德纳斯仅毁掉十座建筑。
破坏方式
再一个神秘之处是在该首都内的破坏方式。较老的砖头或石头房子,通常被认为是在地震中最危险的结构的,经受住了这次酷烈的地震;而较现代化的建筑却毁坏了。倒塌的建筑绝大多数是用钢筋混凝土建造的。
现在,经过一些地震史上最广泛而全面的研究,科学家们相信他们已找到这些谜的答案。他们说,这些答案可能包含对美国和其它地方位于地震区的城市都有所益的重大教训。
伯克利加利福尼亚大学的专长于地震分析的工程学教授伯特罗(Vitelmo V. Bertero)说:“这是一次历史性的地震。没有一个人预期到在墨西哥城记录到的地动强度。也没有一个人在设计时考虑到它。而这正是这么多的建筑遭受破坏的原因之所在。”
仪器表明,撞击市区建筑物的地震波的加速度高达郊外的地震波的五倍。市区的地震波强度如此之高,有一个用来测力的仪表竟因应变而断裂。
软土效应
曾作为美国科学院评价小组的成员视察这场灾难的伊利诺斯大学的工程教授索曾(Mete A. Sozen)回忆了使几百人死亡的一家大医院的坍塌。索曾说:“这个建筑设计得能承受等于其重量的6%的横向力,而且它可能是满足这些标准的。可是施加在它上面的力却比这大得多,结果它塌下来了。也许只有一些增加强度的附属设施才能拯救它。”
仪器的记录表明,过度的振动是由该城市下面的泥土造成的。许多年来科学家们已经知道墨西哥城是位在软而有弹性的沉积土上。这样的泥土对某些频率的地震冲击波有放大的趋势。但是他们不知道究竟可放大到怎样高的程度。
伯特罗说:“地震统计资料仍然极少。自从开始保存科学记录以来,冲击大城市的大地震只有几次。这一次的地震告诉我们,软质泥土可使地动放大到从未想到的程度。”
科学家们一致认为墨西哥市的位置对于地震比美国的任何城市都更危险。该城市下的软质泥土地是个古湖床的一部分,该湖是在几千年之前由湿的沉积泥填满的。湖身被基岩(bedrock)山脉环绕。因此,用工程师的话来说,整个地基会“像一碗肉冻一样”振动。
科学家们再现了这次灾难的场面。
1985年9月19日,来自这次8.1级地震的冲击波开始横穿墨西哥西部朝首都冲击。这些地震波归结为二路脉冲,它们是由墨西哥海岸外的奥罗齐科(Orozco)断层的两个孪生爆发点发出的。
起初这两束波是包含多种频率的复波。但在通过长距离期间,比较高的频率被滤掉了,只剩下长而均匀的波冲击墨西哥城下的湖床。波是用它们的“周期”或完成一个周期振动所需要的时间来测量的。这些波具有1.5 ~ 2秒的周期,从地震的标准看是极长的。
在湖床内开始一种转变。饱含水分的弹性泥土可使地动放大到原来的4倍到5倍。这些波有规律地撞击地面,持续时间不寻常地长达一分钟。
在该城市内,一些建筑物开始与这些波合拍地摇摆,少数几个还像撞角的公羊一样彼此撞击。摇摆变得越来越厉害,直到这些建筑各自裂毁,楼面像“坠落”一样一层层地从上朝下塌落。最后清查,市内有954座建筑坍塌,其他1100座也终将翻倒,另外9000座也遭受破坏。
科学家们还得出这样一个异乎寻常的结论:在这次特殊的地震中,由于冲击波的长距离传播,破坏力被增强了而不是减弱了。他们说,在一次比较近距离的地震事件中,这些波可能不会被滤成如此致命的整齐振动状态。
索曾在给国会的一篇报告中说,“墨西哥地震提醒了远距离的大地震对极远距离处的影响。长持续期的低频地动的破坏力以前实际上还没有认识到。”
地震专家们强调远距离的事件不比附近的地震的危害大,事实却恰恰相反。远距离的爆发倾向于摧毁不同形式和高低大小的建筑,而对其他一些建筑较无影响。
这一结论在墨西哥城得到戏剧性的说明。在那里,很多十九世纪的没有钢筋强固的建筑矗立不动而一些较近代的钢筋混凝土建筑却坍塌了。工程师们立即发现,被毁坏的房屋有个相似点:它们几乎都是6层到16层楼高的中等高度的建筑结构。
这些建筑倾向于以与这些冲击波相同的频率振动:每个振动周期相当于1.5 ~ 2秒。像小孩荡秋千一样,这些建筑物每受一次新的冲击波的推动就摇摆得更厉害些,直至它们坍塌。
老式建筑物虽然本身强度较低,但由于是砖石结构还比较牢固,而且它们的自然振动方式不与冲击波的频率吻合,结果它们保存下来了。
对墨西哥城的这次经历的研究,曾在美国引起一场关于在美国有无类似的危险的争论。虽然对那里的城市地区与墨西哥市的地质的类似性存在一些分歧,但是绝大多数的地震专家们认为救灾机关应当正视墨西哥事件的警告。
海湾地区备震计划部主任艾斯纳(Richard Eisner)说:“虽然在加利福尼亚我们没有位在泥土沉积的老湖床上的城市,但是有些城市的一些部分是位在软质泥土上。这样的泥土可能放大冲击波,而且我们也有远程地震的可能性。”
—些救灾机关的官员说,来自墨西哥市的其它一些教训可能是同样重要的。对救灾工作的分析表明,政府首先未能认识到破坏的程度,而且由于这一失误延迟了求援。因此,救灾官员们说,一些陷困在坍塌的房子内的人在得以救出之前就死去了。一篇非官方的报告估计,墨西哥市的死亡人数中80%不是由于外伤,而是饿死冻死的。
加州急救服务局(The State Office of Emergency Service)副局长安德鲁斯说,墨西哥政府的问题出在是依靠空中侦察来分析破坏。安德鲁斯说,“我们知道了从空中是了解不到多少情况的。你们必须在地面上有人,而且必须使它们尽快到达那里。”
为了加快对破坏情况的分析,安德鲁斯已把建立州急救行动中心的时间从大地震后的36小时缩短到4小时。
救灾官员们还断言,很多死亡的墨西哥市民是因为营救时缺少吊起水泥板的重型设备。在加利福尼亚南部,已打算库存有效的设备,以能在需要时快速获得。最后,营救机关说它们想发展一项充分利用附近的志愿人员的计划,他们能几乎肯定地出现在受灾现场。
[Los Angeles Times,1986年9月26日]